2018年12月15日星期六

注氣式變壓器 (SF6 Gas type insulation Transformer)

注氣式變壓器 (SF6 Gas type insulation Transformer)

        現今世界各地的發電系統一般來說都不會建設於工商業區,更不可能與民居為鄰。因此在傳輸時必須考慮成本效益的問題,高壓電力系統在長距離的傳輸時比較低壓電力系統有著低建設成本及低損耗的優點,然而低壓電力系統又比高壓電力系統有著較為安全及對從業員的技術要求較低的種種優點;因此電力由發電廠生產出來以後,在傳輸時便會不斷地經過變壓器的升壓和降壓,而三相供電系統當然亦比單相供電系統有更高效益,因此需要解決三相電路中的變壓問題。三相交流變壓器的接法有兩種:一種是用三台單相變壓器組成的三相變壓器組(3 Phase transformer);另外一種是採用三相共有整體鐵芯的三相變壓器。
雖然英國工程師協會訂定高於1000V 交流電電壓便是高壓,但是同樣是高壓,對於不同電壓層級(11kV、33kV、66kV、132kV、275kV 與400kV,甚至中國大陸或外國才會使用的800kV)的電壓對絕緣要求和產品設計,都會出現明顯分別,這樣一來對於行業間有著明顯的不足之處,以致各地廠商會自行在不同的電壓分隔出不同的電壓組別;因此廠商間的對電壓的分級可能會有差距,參考明稱與電壓值如下:


名稱

電壓範圍
中壓
Middle Voltage
1kV ~ 36kV
高壓
High Voltage
60kV ~ 150kV
特高壓
Extra High Voltage
220kV ~ 400kV
超高壓
Ultra High Voltage
500kV ~ 800kV
超高壓直流電
UHVDC
800kV 以上


        高壓直流電換流變壓器(HVDC Classic converter transformers)較為特殊。分為系統1 及2(System 1 & 2),它應用了不間斷電源供應器(UPS)的12 相整流技術及IGBT 逆流器在超高壓之上。系統1 繞組方面由於配合12 相整流,因此亦與其他變壓器不一樣;220kV 的低壓端是以星形接駁並把中心點接地,高壓端則有兩個繞組分別以星形及角形接駁,用以提供反相及相角偏移電源,在升壓及整流過程提升為最高的800kV 直流電壓,再經架空電纜傳輸至系統2。系統2 方面由IGBT 逆流器把超高壓直流電震盪轉為交流電後,再傳回星形及角形接駁的兩個初級繞組,經星形接駁並把中心點接地的次級繞組降壓至220kV,因此系統1 及2 兩組高壓直流電換
        流變壓器盡管外觀相同,但功能上是完全不同的。目前掌握這個技術並實際應用於輸電系統中的就只有ABB、阿爾施通及西門子等企業。

高壓直流輸電優點:
1. 高壓直流輸電具有明顯的經濟性。輸送相同功率時,直流輸電線路所用線材僅為交流
輸電的1/2~2/3(原因在於高壓直流輸電只有兩條電纜);
2. 在電纜輸電線路中,高壓直流輸電線路不產生電容電流,而交流輸電線路存在電容電
流,引起損耗,由於直流傳輸系統為純電阻電路,長距離傳輸時損耗比交流傳輸系統
減少30~40%;
3. 採用直流輸電時,線路兩端交流系統不需同步運行,而交流輸電必須同步運行;
4. 高壓直流輸電控制方便、速度快,發生故障的損失比交流輸電的小;
5. 在高壓直流輸電工程中,各極是獨立調節和工作的,彼此沒有影響。

高壓直流輸電缺點︰
1. 直流換流站比交流變電站的設備多、結構復雜、造價高、損耗大、運行費用高;
2. 諧波較大;
3. 直流輸電工程在單極大地回路方式下運行時,入地電流會對附近的地下金屬體造成一
定腐蝕,竄入交流變壓器的直流電流會使變壓器噪音增加;
4. 若要實現多端輸電,技術比較復雜。






ABB UHVDC Transformer

注氣式變壓器優點:
1. 理論上GIS系統是不會發生爆炸。
2. 除了散熱器上的散熱扇之運行噪音之外(其實已經是非常低噪音),在日間環保下,近乎沒有噪音。


        我們當年組裝的400MVA的日本注氣式變壓器,其主體為99噸組裝其餘配件後約為130-140噸。另一款200MVA的日本注氣式變壓器,其主體為50噸組裝其餘配件後約為70-80噸

        帶負載調壓裝置(On-load tap changer)或稱自動調壓裝置(Auto tap changer),主要功能在電壓浮動時提供電壓調並不需要關閉電源多數用於132kV系統中









不幸的小插曲

        其中一個鴨脷洲地盤在運送時發生了意外,搬運工人正在以千斤頂推送時,出現了不平衡,整個變壓器向其中一方倒下,並壓著一名60歲工人的手臂,手臂頓時折斷,正當警察、消防及救護車到場時,卻無法找到負擔人(電力公司也未有人到場),工人被救出後送到醫院。
        在第2天我們才得知,工人的70歲老闆,因為看到這情境,即時心臟病發,並自己乘的士(計程車)前往醫院。

132kV SF6變壓器運送情況(非香港)




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